package com.tys.algorithm.bak.code1;

public class Code25_PartitionAndQuickSort {
    //交换
    public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }

    /**
     * 分两块问题：
     * 给定一个数组arr，和一个数num，请把小于等于num的数放在数组的左边，
     * 大于num的数放在数组的右边
     * <p>
     * arr[L...R]上以arr[R]位置的数做为划分值
     * <=arr[R] 放左边
     * > arr[R] 放右边
     */
    public static int partition(int[] arr, int L, int R) {
        if (L > R) {  //越界了
            return -1;
        }
        if (L == R) { //一个数时
            return L;
        }
        int lessEqual = L - 1; //<=区的起始位置
        int index = L; //当前位置
        while (index < R) { //不能超过最右侧边界
            if (arr[index] <= arr[R]) { //当前值<=划分值
                swap(arr, index, ++lessEqual); //当前值与<=区下一个数交换，<=区右扩
            }
            index++; //当前值跳下一个
        }
        swap(arr, ++lessEqual, R); //当前值与<=区下一个数交换，<=区右扩
        return lessEqual; //返回<=区边界
    }

    /**
     * 荷兰国旗问题：分三块
     * 给定一个数组arr,和一个数num，请把小于num的数放在数组的左边，
     * 等于num的数放在数组的中间，大于num的数放在数组的右边。
     * <p>
     * arr[L...R]上以arr[R]位置的数做为划分值
     */
    public static int[] netherlandsFlag(int[] arr, int L, int R) {
        if (L > R) { //越界
            return new int[]{-1, -1};
        }
        if (L == R) { //一个数
            return new int[]{L, R};
        }
        int less = L - 1; //<区的边界
        int more = R; //>区的边界
        int index = L;//当前位置

        while (index < more) { //当前位置不能超过>区
            if (arr[index] == arr[R]) { //当前值==划分值
                index++; //当前值跳下一个
            } else if (arr[index] < arr[R]) { //当前值<划分值
                swap(arr, index++, ++less); //当前值与<区的下一个交换，<区向右扩，当前值跳下一个
            } else {
                swap(arr, index, --more); //当前值与>区的前一个交换，>区向左扩，当前值不动
            }
        }
        swap(arr, more, R); //划分值与>区交换
        return new int[]{less + 1, more}; //返回等于区范围
    }

    //快排1：使用分两块方法递归排序
    public static void quickSort1(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        process1(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    public static void process1(int[] arr, int L, int R) {
        if (L >= R) {
            return;
        }
        int M = partition(arr, L, R); //分两块
        process1(arr, L, M - 1); //左组
        process1(arr, M + 1, R); //右组
    }

    //快排2：使用分三块递归排序
    public static void quickSort2(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        process2(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    public static void process2(int[] arr, int L, int R) {
        if (L >= R) {
            return;
        }
        int[] equalArea = netherlandsFlag(arr, L, R); //分三块得到等于区
        process2(arr, L, equalArea[0] - 1); //左组
        process2(arr, equalArea[1] + 1, R); //右组
    }

    //快排3：加入随机划分值
    public static void quickSort3(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }

        process3(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    public static void process3(int[] arr, int L, int R) {
        if (L >= R) {
            return;
        }
        // 划分值随机
        // 从L...R中随机选一个值与最右值交换：因为是以最右值作为划分值
        swap(arr, L + (int) (Math.random() * (R - L + 1)), R);
        int[] equalArea = netherlandsFlag(arr, L, R);
        process3(arr, L, equalArea[0] - 1);
        process3(arr, equalArea[1] + 1, R);
    }

    //生成随机数组
    public static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
        }
        return arr;
    }

    //拷贝数组
    public static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return null;
        }
        int[] res = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            res[i] = arr[i];
        }
        return res;
    }

    //对比两个数组是否相等
    public static boolean isEqual(int[] arr1, int[] arr2) {
        if ((arr1 == null && arr2 != null) || (arr1 != null && arr2 == null)) {
            return false;
        }
        if (arr1 == null && arr2 == null) {
            return true;
        }
        if (arr1.length != arr2.length) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
            if (arr1[i] != arr2[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    //打印数组
    public static void printArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        int testTime = 500000;
        int maxSize = 100;
        int maxValue = 100;
        boolean succeed = true;

        System.out.println("begin");
        for (int i = 0; i < testTime; i++) {
            int[] arr1 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr2 = copyArray(arr1);
            int[] arr3 = copyArray(arr1);
            quickSort1(arr1);
            quickSort2(arr2);
            quickSort3(arr3);
            if (!isEqual(arr1, arr2) || !isEqual(arr2, arr3)) {
                succeed = false;
                break;
            }
        }
        System.out.println(succeed ? "Nice!" : "Oops!");
        System.out.println("end");
    }

}
